CHAPTER 02
第二章 节能汽车技术路线图
1 导言
1.1 战略意义
1.1.1 发展节能汽车是保障国家能源安全的重要措施
根据《2019年国内外油气行业发展报告》,2019年中国原油净进口量首次突破5亿t,原油和石油对外依存度双双突破70%。
车辆的巨额燃油消耗(交通用油占中国石油消费比重超过50%)已成为我国石油对外依存度攀升的主力推手。未来10年,我国汽车产品结构仍将以燃油汽车为主。因此,推动传统能源汽车节能化发展刻不容缓,是保障国家能源战略安全的重要措施。
1.1.2 发展节能汽车是减轻国家环境保护压力的重要手段
近年来,大气污染日趋严重,环境保护问题引发全球关注。
中国是二氧化碳(CO2)排放大国,虽然我国已通过技术改良成功降低了一些城市的工业排放,但经济的快速增长意味着碳排放总量很难大幅减少。碳排放量若无有效缓解,我国在巴黎气候大会上的郑重承诺(二氧化碳排放2030年前后达到峰值并争取尽早达峰;2030年单位国内生产总值二氧化碳排放相比2005年下降60%~65%)将难以实现。
汽车污染物排放问题日益显著。根据《中国移动源环境管理年报》,2018年汽油车排放碳氢化合物(HC)254万t,占社会排放总量的12%;柴油车排放氮氧化物(NOX)371万t,占社会排放总量的20%。
传统能源汽车在我国汽车保有量中占比高且减排空间巨大,应是支撑我国减轻大气污染的“排头兵”。
1.1.3 发展节能汽车是实现《中国制造2025》和汽车强国的重要途径
工业和信息化部发布的《〈中国制造2025〉规划系列解读之推动节能与新能源汽车发展》提到,从制造强国看,汽车产业以其在国民经济中的重要地位和对经济增长的重要贡献被列为国家的战略性竞争产业。
节能与新能源汽车是《中国制造2025》重点发展的十大领域之一,是汽车制造强国的必由之路。我国必须通过加强技术创新、跨产业协同融合等措施,加快推动实现汽车产业在新一代信息技术、清洁能源技术发展大背景下的转型和变革,这样才符合汽车强国的发展要求。因此,必须大力推进传统能源汽车节能化发展,谋求核心技术重点突破,加快基础理论、产品技术、装备制造等各个环节的提升,促进自主创新能力比肩国际先进水平。推动节能与新能源汽车协调发展,助力传统能源汽车实现新旧动能转化,从而鼎力支撑《中国制造2025》强国战略的顺利执行。
1.1.4 发展节能汽车是汽车产业整体转型升级的基础
传统能源汽车在当下和未来一段时期内仍将是汽车产业的重要组成部分,发展节能汽车是汽车产业整体转型升级的重点之一。
同时,汽车节能是一项系统性工程,通过动力系统优化升级、提升传动效率、加强整车热管理、整车电器集成、轻量化、低摩擦等技术的研究开发和应用,提升车辆每一部分的效率,实现整体能耗经济性提升。因此,汽车节能应是整个汽车产业的重要课题,无论未来汽车产业如何发展与变革,都应该持续发展节能汽车技术。在当前的汽车产业发展环境下,节能汽车技术升级也应作为新能源汽车、智能网联汽车发展的基础而得到行业重视。
1.1.5 发展节能汽车是我国汽车“走出去”的重要支撑
随着我国汽车市场增速的持续放缓,“走出去”成为国内整车企业寻求生存及发展的重要路径。我国的“一带一路”倡议为节能汽车发展带来巨大的市场机遇。
“一带一路”沿线大多为新兴经济体和发展中国家,处于经济发展的上升期,可释放巨大的汽车市场空间(包括基建投资类对商用车的大量需求)。面对如此良好的契机,唯有持续推动节能汽车技术发展,掌握并突破关键核心技术,不断提升我国汽车的国际竞争力,才能将“走出去”进行到底。
1.2 研究范围及修订说明
1.2.1 研究范围及目标
本技术路线图(以下简称节能汽车技术路线图2.0)基于2016年发布的技术路线图1.0中的“节能汽车技术路线图”(以下简称节能汽车技术路线图1.0)进行修订,梳理了节能汽车技术发展的现状与趋势,分析了国内外节能汽车发展的差异,在此基础上修订了我国节能汽车技术发展的总体目标与发展路径,提出了创新发展需求,以期为我国节能汽车加速转型升级指明发展方向,提供决策参考。
1.2.2 修订总体思路
1.突出重点
综合考虑汽车产业节能减排要求及商用车节能空间,对节能汽车技术路线图架构进行重新梳理,突出商用车节能的重要地位,并指出混合动力技术发展对汽车节能的重要意义。
2.针对传统能源汽车设定指标
受新能源汽车核算优惠影响,2015年后我国乘用车平均油耗存在一定程度上的失真,传统能源乘用车油耗的实际降幅有限。节能汽车技术路线图2.0针对传统能源汽车设定油耗指标,以期真实反映和评估传统能源汽车的油耗水平。
受政策驱动,新能源汽车市场快速发展,汽车市场能源结构急剧变化。节能汽车技术路线图2.0基于传统能源汽车市场设定技术应用占比,以真实直观地反映节能技术在传统能源汽车上的应用。
3.综合考虑“节能”和“减排”的关系
国六排放标准是目前世界上最严的排放标准之一,短期内不宜再做加严,故本章不单独对其做重点研究。
节能与减排高度关联,一方面,节能的结果之一就是减排,研究节能即研究减排;另一方面,排放升级(尤其是后处理系统的增加)伴随着油耗的损失。因此,本章在设定节能技术发展目标时将排放升级对油耗降低的挑战列入考虑。
4.反映行业真实情况
根据产业现状、技术实际发展情况及发展趋势,对节能汽车技术路线图1.0进行修订,对核心关键技术进行删减和新增,对相关指标进行审视和设定。
5.代表技术发展趋势与行业先进水平
节能汽车技术路线图2.0设定的技术指标代表行业先进水平。即在目标时间内,针对该技术,国内至少有一家主流企业能满足对应的指标要求且具备产品批量投放市场的条件。
1.2.3 主要修订内容
1.技术架构调整
节能汽车技术路线图1.0采用“乘用车节能技术+商用车节能技术+车用燃油技术”的研究架构。由于国内车用燃油主要技术指标已经处于国际先进水平,节能汽车技术路线图2.0总体上采用“乘用车节能技术+商用车节能技术”的研究架构,并对乘用车及商用车节能技术进行重新梳理,强化了对商用车节能技术及混合动力技术的研究。
2.结合工况切换情况,基于传统能源汽车设定油耗指标
节能汽车技术路线图1.0乘用车油耗目标基于欧洲行驶循环(NEDC)。由于不同测试工况的测试方法不同、考察的重点不同,测算得出的油耗往往具有较大差异。考虑到汽车测试工况的切换情况,“节能汽车技术路线图2.0”提出基于全球统一轻型车测试循环(WLTC)及中国汽车行驶工况(CLTC)的乘用车油耗目标,提升了技术路线图指标的可参考性。
节能汽车技术路线图1.0以“国内乘用车新车平均油耗”作为乘用车节能技术发展阶段性目标,无法真实反映传统能源乘用车节能技术发展情况。节能汽车技术路线图2.0以“传统能源乘用车新车平均油耗”作为乘用车节能技术发展指标项。
3.明确混合动力汽车研究范围,对混合动力汽车进行细分并提出细化指标
当前,国内尚未出台针对混合动力汽车(HEV)的行业标准,混合动力汽车界定及分类存在争议。节能汽车技术路线图2.0明确混合动力汽车研究范围,并将混合动力汽车按混合程度分类,提出强混、中混及轻混发展目标及技术路线。
节能汽车技术路线图1.0将48V系统归纳在“电子电器”技术领域,节能汽车技术路线图2.0将48V系统调整到“混合动力”技术领域进行研究。
1.3 技术架构及关键技术梳理
为了方便理解,对本章涉及的汽车类型解释如图2-1-1所示。
图2-1-1 本章涉及的汽车类型
如图2-1-1所示,本章研究主要针对传统能源汽车(本章所称传统能源汽车是指除新能源汽车以外的,能够燃用汽油、柴油、气体燃料或醇醚燃料等的汽车)。根据动力类型,将传统能源汽车划分为混合动力汽车及非混合动力汽车。由于我国在鼓励政策上将插电式混合动力汽车(PHEV)纳入“新能源汽车”范围,所以本章涉及的混合动力汽车不包含PHEV。但是,从技术角度看,混合动力电动汽车(HEV)与PHEV的混合动力系统技术大体相同,节能与新能源汽车技术路线图2.0将“混合动力系统技术”重点放在本章叙述。非混合动力汽车包括所有混合动力汽车以外的传统能源汽车,根据燃料类型划分为传统汽油动力汽车、传统柴油动力汽车和替代燃料汽车。
本章研究的混合动力汽车涵盖轻混、中混及强混三类车型,相关定义及具体描述见表2-1-1。
表2-1-1 混合动力汽车按混合程度分类
注:BSG是Belt-Driven Starter Generator的缩写,即利用带传动兼顾起动和发电功能的电机。ISG是Integrated Starter Generator的缩写,即集成起动/发电一体式电机。
节能汽车是指以内燃机为主要动力系统,综合工况燃料消耗量提前达到和优于下一阶段目标值的汽车。根据GB/T 3730.1—2001《汽车和挂车类型的术语和定义》将节能汽车主要划分为乘用车和商用车。节能汽车技术架构如图2-1-2所示。
图2-1-2 节能汽车技术架构
注:轻量化另有章节论述,在本章不做深入研究。